建筑节能设计计算

2014.3.13,浅谈建筑节能设计,（一）为什么要做节能设计,建筑节能保温设计属于建筑设计的重要组成部分，其目的是为了保证室内具有足够的热环境质量，同时尽可能地节约采暖能耗。当然，为了保证寒冷地区和严寒地区冬季室内热环境达到应有标准，除建筑保温外，还需要有采暖设备来供给热量。但在同样供热条件下，建筑保温性能良好与否是决定室内环境的重要条件。,2006年，我国政府在建设节约型和资源环保性社会的背景下推出了绿色建筑评价标准（GB/T50378-2006），其制定的目的可概括为“四节一环保”节地、节水、节能、节材和环境保护。,图1标准权重分配,（一）为什么要做节能设计,公共建筑节能设计标准GB50189-2005中第1.0.3条：按本标准进行的建筑节能设计，在保证相同的室内环境参数条件下，与未采取节能措施前相比，全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少50%。在公共建筑中，尤其以办公建筑、大中型商场，一级高档旅馆饭店等几类建筑，在建筑的标准、功能及设置全年空调采暖系统等方面有许多共性，而且其采暖空调能耗特别高，采暖空调节能潜力也最大。在公共建筑（特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等）的全年能耗中，大约50%60%消耗于空调制冷与采暖系统，20%30%用于照明。而在空调采暖这部分能耗中，大约20%50%由外围结构传热消耗（夏热冬暖地区大约20%，夏热冬冷地区大约35%，寒冷地区大约40%，严寒地区大约50%）。从目前情况分析，这些建筑在维护结构、采暖空调系统，以及照明方面，共有节约能源50%的潜力。,（二）我国建筑节能设计现行标准,节能计算选用规范：1.公共建筑节能设计标准GB50189-20052.民用建筑热工设计规范GB50176-933.夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ134-20104.夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准JGJ134-20125.严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准JGJ26-2010参考构造做法图集：1.屋面节能建筑构造06J2042.公共建筑节能构造-严寒和寒冷地区06J908-13.公共建筑节能构造-夏热冬冷和夏热冬暖地区06J908-24.外墙外保温建筑构造10J121,注：工业建筑原则上不进行节能设计计算。,（二）我国建筑节能设计现行标准,说明：在我们所做的公共建筑设计中可能会涉及居住建筑的设计，如职工宿舍，这种情况下需参考居住建筑节能设计相关标准。夏热冬冷地区的范围大致为陇海线以南，南岭以北，四川盆地以东，包括上海、重庆二直辖市，湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部，四川、贵州二省东半部，江苏、河南二省南半部，福建省北半部，陕西、甘肃二省南端，广东、广西二省区北端，涉及16个省、市、自治区。该地区面积约180万平方公里，人口5.5亿左右，国内生产总值约占全国的48，是一个人口密集、经济发达的地区，是我们设计工作中常接触的区域。因此，在后面的讲解中主要以公共建筑节能设计标准GB50189-2005和夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ134-2010为主要参考资料进行引用讲解。,（三）施工图中的建筑节能设计深度,根据2009年1月1日施行的建筑工程设计文件编制深度规定4.3.10建筑施工图所带节能计算书应满足以下要求：1.严寒地区A区，严寒地区B区及寒冷地区需计算体形系数，夏热冬冷地区与夏热冬暖地区不需计算体形系数；2.各单一朝向窗墙面积比计算（包括天窗屋面比），设计外窗包括玻璃幕墙的可视部分的热工性能满足规范的限制要求；3.设计外墙（包括玻璃幕墙的非可视部分）、屋面、与室外接触的架空楼板（或外挑楼板）、地面、地下室外墙、外门、采暖与非采暖房间的隔墙和楼板、分户墙等的热工性能计算；4.当规范允许的个别限值超过要求，按照围护结构热工性能的权衡判断，使围护结构总体热工性能满足节能要求。,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,1.体型系数：建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积中，不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。建筑物外表面积应按墙面面积、屋顶面积和下表面直接接触室外空气的楼板面积的总和计算。体型系数对建筑能耗影响非常显著。体型系数越小，单位建筑面积对应的外表面积越小，外围结构的传热损失越小。从降低建筑能耗的角度出发，应该将体型系数控制在一较低的水平上。-夏热冬冷地区住宅建筑节能设计标准JGJ134-20104.1.2严寒、寒冷地区建筑的体型系数应小于或等于0.40。-公共建筑节能设计标准GB_50189-2005,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,S=F0/V0F0=E1+E2+E3+E4+R1R1=R*1.2V0=M1*h1+M2*h2+（R*hi）/3S：体形系数F0：建筑物的外表面积V0：建筑物的体积,表4.0.3夏热冬冷地区居住建筑的体型系数限值,体形系数的计算方法：,R1：建筑屋顶总表面积E1-E4：建筑物各外立面面积M1、M2Mi：建筑物各层面积h1、h2hi：建筑物各层层高R：建筑屋顶面积,2.窗墙面积比：窗墙面积比是指窗户洞口与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位线围成的面积）之比。建筑层高：建筑物上下两层间的高度差值（一般以楼面高度间的差值或上下横梁间的差值）称建筑层高。开间定位线即轴线。,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,公共建筑节能设计标准GB_50189-2005第4.2.4条：建筑每个朝向的窗（包括透明幕墙）墙面积比均不应大于0.70。当窗（包括透明幕墙）墙面积比小于0.40时，玻璃（或其他透明材料）的可见光透射比不应小于0.40。当不能满足本条文的规定时，必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。该条为强制性条文。夏热冬冷地区住宅建筑节能设计标准JGJ134-2010中对不同朝向的窗墙比有明确要求，如下表。,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,外窗（包括透明幕墙）的节能要求:外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%；透明幕墙应具有可开启部分或设有通风换气装置。外窗的气密性不应低于建筑外窗气密性能分级及其检测方法GB7107规定的4级。透明幕墙的气密性不应低于建筑幕墙物理性能分级GB/T15225规定的3级。,附：公共建筑节能设计标准GB_50189-2005第4.2.45条夏热冬冷地区，夏热冬暖地区的建筑以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑，外窗（包括透明幕墙）宜设置外部遮阳。,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,3.遮阳系数：表征对太阳辐射透射得热的减弱程度，英文为ShadingCoefficient缩写为SC。在我国GB/T2680中称为遮挡系数，缩写为Se定义：实际太阳得热量与通过厚度为3mm厚标准玻璃的太阳得热量的比值。遮阳系数越小，阻挡阳光热量向室内辐射的性能越好。遮阳系数为窗户重要热工性能指标。SC=SCCXSD=SCBX(1-FK/Fc)XSD式中：SC窗的综合遮阳系数；SCC窗本身的遮阳系数；SD外遮阳的遮阳系数；SCB玻璃的遮阳系数；FK窗框的面积；FC窗的面积，FK/Fc为窗框面积比，PVC塑钢窗或木窗框比可取0.30，铝合金窗窗框比可取0.20，其他框材的窗按相近原则取值。,外遮阳系数的计算,外遮阳系数的计算,外遮阳系数的计算,外遮阳系数的计算,外遮阳系数的计算,外遮阳系数的计算,外遮阳系数的计算,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,4.传热系数（K值）：是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，），1s内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米度（W/K，此处K可用代替）。节能计算结果是否符合标准很大程度上取决于建筑物各围护结构的传热系数是否在规定限值以内，因此，传热系数的计算是节能计算中的重要部分。传热系数的计算方法：,K=1/R0R0围护结构的传热阻R0=R+Ri+ReRi内表面换热阻（一般取0.11）Re外表面换热阻（一般取0.04）R维护结构热阻R=/材料层厚度材料导热系数多层维护结构热阻：R=R1+R2+Rn,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,5.热阻（R）：表征维护结构本身或其中某层材料阻抗传热能力的物理量。6.导热系数()：在稳态条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1,1h内通过1m2面积传递的热量。7.蓄热系数(S)：当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时,表面温度按同一周期波动,通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值。其值越大，材料的热稳定性越好。(温度波幅：当温度呈周期性波动时，最高值或最低值与平均值之差)8.热惰性指标（D值）：表征维护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标。单一材料维护结构，D=RS;多层材料维护结构，D=RS。D值越大，温度波在其中衰减越快，维护结构的热稳定性越好。,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,导热系数()、蓄热系数(S)、干密度()等均可从民用建筑热工设计规范GB50176-93附表4.1查得。若有规范中附表4.2所列情况者，材料的导热系数和蓄热系数计算值应分别按下列两式修正：c=*aSc=S*aa-修正系数，应按附表4.2采用。,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,（四）公共建筑节能计算的几个重要参数指标,（五）节能计算步骤,1.确定工程所属气候分区,图2全国气候分区图,（五）节能计算步骤,（五）节能计算步骤,根据公共建筑节能设计标准GB_50189-2005表4.2.1查出该建筑所处城市所在气候分区，不同气候分区对建筑物不同部位维护结构的传热系数限值要求有所不同，当该城市不在表中时，应判断该城市气象条件与表中哪个城市最接近，维护结构的热工性能应符合那个城市所在气候分区的的规定；,（五）节能计算步骤,或查出建筑所处城市的城市气象条件，根据民用建筑热工设计规范GB50176-93表3.3.1进行判断。,（五）节能计算步骤,（五）节能计算步骤,确定气候分区后，计算体型系数，确定相应节能设计指标：室内设计温度，风速等。（以一夏热冬冷地区综合值班室为例）,（五）节能计算步骤,步骤：1.计算四个朝向的窗墙比；2.根据窗墙比查询遮阳系数限值，确定是否需要计算遮阳系数；该综合值班室由于窗墙比皆小于0.2，遮阳系数无限制故不需要计算；若大于0.2则需按照前面所罗列公式进行计算，对比公共建筑节能设计标准GB_50189-2005表4.2.2-1表4.2.2-5判断是否符合标准，当不能满足时按照标准中第4.3条进行权衡。3.查出窗户传热系数、可见光透过率，对比公共建筑节能设计标准GB_50189-2005表4.2.2-1表4.2.2-5判断是否符合标准，当不能满足时按照标准中第4.3条进行权衡。,2.窗墙比以及窗户热工性能计算,（五）节能计算步骤,查得,（五）节能计算步骤,3.屋顶传热系数计算,查得,计算,计算,查得,查得,厚度/（导热系数*导热修正系数a）=热阻,（五）节能计算步骤,1.查屋顶所选用图集，得知屋顶的施工工序以及各结构层材料，绘制表格罗列其中；2.查阅民用建筑热工设计规范附录4得出各结构材料的各计算参数：导热系数、蓄热系数、比热容、干密度等；3.使用查的的参数根据前面所讲的计算方法，计算得出屋顶的总传热阻R,即可得出传热系数1/R;4.查阅公共建筑节能设计标准表4.2.2-1至4.2.2-5判断计算所得出的传热系数是否符合标准；5.若传热系数不符合标准，则按照公共建筑节能设计标准第4.3节的规定进行权衡判断，调整材料后再重新计算直至符合标准。,步骤：,（五）节能计算步骤,4.外墙传热系数计算建筑外墙保温设计：在框架结构中外墙由填充墙和框架梁柱共同作用，框架梁柱属于热桥部位，所以外墙平均传热系数指标需分别计算，最终以其平均传热系数为指标。计算公式：Km=(KpFp